5.2.8透平膨胀机组 5.2.8.1机组的组成
要保证透平膨胀机主机能长期、稳定、高效、安全地运行，其它的一些辅助设备及安全控制系统是必不可少的，所有这些就组成了所谓透平膨胀机组。一套完整的透平膨胀机组至少应包括： ? 经良好设计、制造的膨胀机主机 ? 可方便调节的制动系统和工况调节手段 ? 可靠的轴承润滑系统 ? 密封系统
? 完善、可靠的安全保护和监视系统 ? 支架与冷箱 ? 相应的配套阀门等等
现代空分中普遍使用的是单级透平膨胀机组，在内压缩流程中往往采用大膨胀比或中压级的透平膨胀机组。越来越来越多的液化流程中则常采用两台透平膨胀机组串联起来使用的流程。
下面是比较典型的增压机制动和风机制动的单级透平膨胀机组的机组配置和流程。
图5.2.8-1为国内某台增压机制动透平膨胀机组的组成图，图中没有标示出仪表和控制部分。从分子筛后过来的气体首先由增压机进口截止阀导入增压前过滤器（进一步保证安全），过滤后的气体进入增压机进行增压，增压后的气体通过气体冷却器，将气体的温度冷却到增压前的水平。提高了单位制冷能力后的气体进入空分冷箱中的换热器进行换热，然后再经膨胀机进口截止阀、快速关闭阀和膨胀前过滤器进入膨胀机进行膨胀制冷。
膨胀机采用滑动油轴承，配置了一套完备的轴承供油系统。制冷量的调节采用气动薄膜执行机构带动可调转动喷嘴组。机组配置了两个重要的阀门，其一是快速关闭阀，它是保证在紧急情况下膨胀机能在第一时间停车的重要手段，一般要求反应速度在0.5~1秒之间；其二是在增压机进出口间设置一气动调节回流阀，设置该阀主要有以下用途：
压力调节：根据空分流程的要求，一般希望增压机出口压力保持恒定，该阀
的开大或关小，可使该压力降低或升高，该阀在仪控系统自动控制下，则可达到压力恒定的目的。
防喘振：增压机在一定的进口压力，转速和阀门的开度下，其出口压力上升到一定数值时，机器会发生喘振，此时压力会大幅度波动，并发出强烈的“喘气”声响和振动，将引起机器损坏。为防止这种情况出现，该阀会在参数达到所设
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定的保护点时自动全开。
图5.2.8-1增压机制动透平膨胀机组
连锁停车：在所设定的参数越限时，电磁阀电源将自动切断，快速关闭阀会迅速关闭，与此同时增压机回流阀将迅速自动全开，以防止增压机喘振，并缩短停车时间，使机器的到最好的保护。
膨胀机密封气系统则采用精密减压阀，根据间隙压力对密封气进气压力进行自动跟踪。
该机组采用整体撬装结构，如图5.2.8-2所示。主机、供油装置、冷箱和支架都装在同一公共底架上，快速关闭阀体也直接做在膨胀机蜗壳上，执行机构则安装在冷箱上方，这使现场机器的安装变得非常方便，结构紧凑，占地面积小。
图5.2.8-3为某台风机制动的气体轴承透平膨胀机组的组成图，图中没有标示出仪表和控制部分。过滤后的膨胀气体经快速关闭阀进入膨胀机，膨胀后经由出口扩压器排出。制动空气从大气经过滤后吸入，经风机压缩后，通过气动调节蝶阀，再进入消音器后排入大气。
机组采用气体静压轴承，配有轴承气系统。设有可调喷嘴，通过喷嘴和风机出口调节蝶阀的有效调节，可以调节制冷量，并使膨胀机始终维持在最佳工作状态。由控制保证对膨胀机密封气进气压力进行自动调节。
参数越限时，电磁阀电源将自动切断，快速关闭阀会迅速关闭，与此同时
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图5.2.8-2撬装增压机制动透平膨胀机组
1— 冷箱 2—主机 3—公共底架 4—支架 5—供油系统 6—快速关闭阀 7—喷嘴调节阀
图5.2.8-3气体轴承风机制动透平膨胀机组
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风机调节阀自动全开，以防止风机喘振，并迅速停车。 5.2.8.2轴承润滑系统
现代空分膨胀机中多采用油润滑轴承或气体润滑轴承。对于油润滑轴承的膨胀机，机组的润滑系统是用来为轴承、齿轮等零件润滑和冷却用的。在油制动时，润滑油还作为制动油使用，为简化结构,两者常合并在一个系统内。由于透乎膨胀机转速高，一般都采用带压力的连续循环润滑，而且经过强制冷却。进入润滑点的油压一股要求不低于0.2Mpa，油温控制在30℃~40℃。为了提高轴承的使用寿命和运行的稳定性，一般希望油过滤器的过滤粒度能达到对大于5μm直径微粒的滤除效果。此外，为了保证安全运转，还应设有紧急供油装置和辅助油泵以便紧急情况下的供油。紧急供油装置可采用放在较高位置的高位油箱，利用重力自动供油；或者采用压力油箱，它是利用正常供油时的油压使密封的压力油箱上部空气得到压缩而保持一定的压力，一旦供油压力消失时，利用容器内空气的压力保持短期的供油；也可以采用囊式蓄能（油）器，它的原理是在筒式蓄油器的内部设有一个耐油橡胶皮囊，皮囊内预充有一定压力的气体，当压力油进入蓄油器（筒壳内，皮囊外）时，皮囊被挤瘪，当供油压力消失时，皮囊又慢慢鼓起，将润滑油压入各润滑点。通常紧急供油装置的容量应可以维持机组在l分钟内的润滑需要。润滑油从摩擦表面带出了大量的摩擦热，因此在循环的油路上必须设置油冷却器。对于采用油制动的场合，油冷却器的热负荷还应包括制动功率所转换的热量。
见图5.2.8-1所示供油系统部分，油箱内的油经油泵打上来后进入油冷却器，通过单向阀后再进入油过滤器过滤，过滤器后的油就直接进入各润滑点。在油冷却器后和油箱间设有调节阀，通过回流油量的增减可以自动调节油的压力。通过对油冷却器冷却水量的调节可以控制润滑油的温度，也可在油冷却器的前后短路（不经冷却而直接从油泵出口到油冷却器后）一根油管，设置一个自动温度控制阀，油温过高则短路管口自动关小，反之则开大，自动控制油温。在油过滤器前设有一紧急供油用的蓄能器。油箱内的油蒸气经油气分离器，把蒸气中的油分离出来排回油箱中，“气”则被放至室外。
对于静压气体滑动轴承的膨胀机，轴承气系统就是轴承气的净化和稳定系统，如图5.2.8-3所示。 5.2.8.3安全保护系统
对于高速运转的透平膨胀机，为确保其安全可靠地运转，对机组内的一些关键参数要进行监测，这些参数包括转子转速、振动、油温油压、进出口温度和压力等等，合理地为它们设定报警提示和联锁停车的越限值，最大限度的保证机组的安全运行。图5.2.8-4给出了如图5.2.8-3所示的风机制动气体轴承透
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图5.2.8-4风机制动气体轴承透平膨胀机逻辑控制图
表5.2.8-1 项 目 供油压力低 供油压力过低 间隙与出口间差压高 轴承温度高 轴承温度过高 膨胀机密封气压力低 增压机密封气压力 转速高 转速过高 增压机出口压力控制 增压机出口压力高 油箱油温控制 油泵失电 膨胀端密封气与间隙差压 回流阀阀位 轴振动大 轴振动过大
报警 △ △ △ △ △ △ △ △ △ 联锁 △ △ △ △ 设定启动条件 设定油泵启动条件 设定油泵启动条件 自动调节 自动全开回流阀 设定启动条件 自动维持 全开为启动条件 40
≤ 15加温 ≥25加温终 △ △ △